CN105448623B - 场发射体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场发射体的制备方法，包括：提供一碳纳米管层，所述碳纳米管层包括多个微孔及相对的第一表面及第二表面；在所述碳纳米管层的第一表面电镀一第一金属层；在所述碳纳米管层的第二表面电镀一第二金属层，形成一碳纳米管复合层；及断开所述碳纳米管复合层，使所述碳纳米管层断开，在断开处形成多个电子发射端。

Description

场发射体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种场发射体的制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管结构的场发射体的制备方法。

背景技术

场发射显示器是继阴极射线管(CRT)显示器和液晶显示器(LCD)之后，最具发展潜力的下一代新兴技术。相对于现有的显示器，场发射显示器具有显示效果好、视角大、功耗小以及体积小等优点，尤其是基于碳纳米管的场发射显示器，近年来越来越受到重视。

场发射阴极装置是场发射显示器的重要元件。现有技术中，场发射阴极装置通常通过以下方法制备：提供一基底；在基底上形成多个阴极电极；将碳纳米管通过化学气相沉积法设置在阴极电极上形成电子发射体。

然而，以上述方法制备的场发射阴极装置中，电子发射体中的碳纳米管与阴极电极的结合力不够强，因此在场发射阴极装置电子发射功率较大时，碳纳米管在发射电子时容易被强电场拔出，从而限制了该场发射阴极装置的电子发射能力和寿命，影响了场发射阴极装置的稳定性。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种适用于电子发射功率较大的场发射体的制备方法。

一种场发射体的制备方法，包括：提供一碳纳米管层，所述碳纳米管层具有相对的第一表面及第二表面，该碳纳米管层包括多个碳纳米管，至少部分碳纳米管间隔设置形成多个微孔；在所述碳纳米管层的第一表面和第二表面分别电镀形成一第一金属层和一第二金属层，形成一碳纳米管复合层；及断开所述碳纳米管复合层，使所述碳纳米管层断开，在断开处形成多个电子发射端。

一种场发射体的制备方法，包括：提供一第一金属层；提供一碳纳米管层，所述碳纳米管层包括相对的第一表面及第二表面，将所述碳纳米管层的第一表面贴附于所述第一金属层的表面；在所述碳纳米管层的第二表面电镀一第二金属层，形成一碳纳米管复合层；及断开所述碳纳米管复合层，使断开位置处的碳纳米管层中的碳纳米管暴露出来，形成多个电子发射端。

与现有技术相比较，由本发明提供的场发射体的制备方法，通过电镀的方式使所述碳纳米管牢固的夹持于第一金属层及第二金属层之间，然后再断开的方式形成场发射体，能够有效防止在电子发射的过程中由于碳纳米管质量较轻引起碳纳米管的飘移或脱落，从而提高了电子发射的功率。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的场发射体的制备方法的流程图。

图2是本发明第一实施例提供的场发射体中碳纳米管膜的结构示意图。

图3是本发明第一实施例提供的场发射体中碳纳米管层的结构示意图。

图4是本发明第一实施例在所述碳纳米管层表面电镀金属层的流程图。

图5为本发明第一实施例提供的场发射体的制备方法中断开所述碳纳米管复合层的流程图。

图6为本发明提供的场发射体的制备方法断开多层碳纳米管复合层的流程图。

图7为本发明第二实施例提供的场发射体的制备方法的流程图。

主要元件符号说明

场发射体 10

碳纳米管复合层 11

碳纳米管层 110

第一金属层 120

第二金属层 130

第一表面 111

微孔 112

第二表面 113

第一子碳纳米管层 114

电子发射端 115

第二子碳纳米管层 116

电极片 140

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的场发射体及其制备方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明还提供一种场发射体10的制备方法，包括以下步骤：

步骤S10，提供一碳纳米管层110，所述碳纳米管层110包括相对的第一表面111及第二表面113；

步骤S11，在所述碳纳米管层110的第一表面111电镀一第一金属层120，在所述碳纳米管层110的第二表面113电镀一第二金属层130，形成一碳纳米管复合层11；及

步骤S12，断开所述碳纳米管复合层11，使所述碳纳米管层110断开，形成多个电子发射端115。

在步骤S10中，所述碳纳米管层110可设置于一基板(图未示)的表面，也可通过一固定框悬空设置，从而使所述碳纳米管层110在后续的溶液中能够悬空设置。所述基板可为绝缘基板或导电基板。由于所述碳纳米管层110为一自支撑结构，因此可通过间隔设置的支撑体支撑，将所述碳纳米管层110悬空设置。所述碳纳米管结构可包括多层层叠设置的碳纳米管膜，所述多层碳纳米管膜层叠且交叉设置，不同层碳纳米管膜中的碳纳米管之间相互交织形成一网状结构。每一碳纳米管膜包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。所述碳纳米管层110包括多个微孔112，所述多个微孔112沿垂直于碳纳米管层110厚度的方向贯穿所述碳纳米管层110。本实施例中，所述碳纳米管层110通过一固定框悬空设置。

在步骤S11中，所述第一金属层120通过电镀的方式形成在所述碳纳米管层110的第一表面111。具体的，所述第一金属层120的电镀方法包括如下步骤：

步骤S111，提供一含有金属离子的溶液；

步骤S112，将所述碳纳米管层110浸入所述溶液中，所述碳纳米管层110的第一表面111及第二表面113暴露于溶液中，并与溶液中的一电极片平行且间隔设置；

步骤S113，在所述碳纳米管层110与所述电极片之间形成一电势差，使金属离子还原为金属并电镀在所述碳纳米管层110的第一表面111及第二表面113，形成所述第一金属层120及第二金属层130。

在步骤S111中，含有金属离子的溶液的形成方法不限，只要保证所述溶液中能够形成金属离子即可。所述金属离子的浓度可根据所需第一金属层120及第二金属层130的厚度等实际需要进行选择。本实施例中，所述溶液通过将硫酸铜溶解于水中的方式形成铜离子溶液。

在步骤S112中，所述碳纳米管层110与所述电极片间隔设置，所述间隔距离距离为可为0.5厘米～3厘米，也可根据实际需要进行选择。所述电极片包括惰性石墨电极片、铂电极片、不锈钢电极片及层状碳纳米管结构，其面积大于等于碳纳米管薄膜的面积。所述电极片起到电极的作用，只要导电性好，且具有惰性即可满足要求。本实施例中，所述电极片为铜片，且所述铜片的面积大于所述碳纳米管层110的面积。

在步骤S113中，在碳纳米管层110与电极片之间形成一电势差，并使电极片与电源正极相连作阳极，碳纳米管层110与电源负极相连作阴极，金属离子在作为阴极的碳纳米管层110上发生还原反应，形成金属颗粒并附着在所述碳纳米管的管壁上，通过所述碳纳米管的悬挂键与所述碳纳米管紧密结合。进一步，所述金属颗粒在所述碳纳米管层110的表面彼此相互连结，形成一连续的结构，从而使第一金属层120及第二金属层130均为一连续的结构。另外，部分金属离子还原为金属颗粒附着在所述微孔112位置处的碳纳米管表面，并使得第一金属层120与第二金属层130在该微孔112位置处相互融合形成一体结构。

所述在阳极与阴极之间形成电势差的方法包括在阳极与阴极之间施加恒流、恒压或扫描电势等。本实施例中，在正电极与负电极之间形成电势差的方法为施加恒压，阳极与阴极之间施加的电压为0.5～1.2伏特，时间为0.5小时～4小时。

进一步，在步骤S112中，所述第一金属层120及第二金属层130也可分步形成，具体的，也可先将所述碳纳米管层110的第二表面113贴附于一基板(图未示)，仅使第一表面111暴露在金属离子溶液中，先在第一表面111电镀形成第一金属层120；然后再将电镀有第一金属层120的碳纳米管层110反转，使所述碳纳米管层110的第二表面113暴露在金属离子溶液中，并与所述电极片相对设置，然后在第二表面113电镀所述第二金属层130。

进一步，在电镀第二金属层130的过程中，部分第二金属层130贯穿所述微孔112，从而与所述第一金属层120接触并形成一体结构，将所述碳纳米管层110夹持于所述第一金属层120与第二金属层130之间。可以理解，由于所述碳纳米管层110浸入所述金属离子溶液中，因此，所述金属离子同时在所述碳纳米管层110的第一表面111及第二表面113电镀，即所述第二金属层130与所述第一金属层120可同时形成。

进一步，电镀形成所述第二金属层130之后，还可以进一步包括一采用清洗溶液清洗并烘干所述碳纳米管层110、所述第一金属层120及第二金属层130的步骤，以去除残留的其他杂质，并使第一金属层120及第二金属层130更加牢固的键合于所述碳纳米管层110的表面。

在步骤S12中，所述碳纳米管复合层11可通过在所述碳纳米管复合层11施加一相对的机械作用力，所述作用力的方向基本平行于所述碳纳米管复合层11的表面，如撕、扯、拉等，使所述碳纳米管复合层11分为两部分；进一步，所述碳纳米管复合层11也可通过物理剪切的方式断开。请一并参阅图5，所述碳纳米管复合层11的断开方法包括如下步骤：

步骤S121，向所述碳纳米管复合层11相对的两边缘施加一相对的作用力F，F’；

步骤S122，持续施加该所用力F、F’，使所述碳纳米管复合层11断开，形成所述场发射体10。

在步骤S121，所述两个作用力F、F’的大小可根据所述碳纳米管层110、所述第一金属层120及第二金属层130的厚度进行选择，以使所述碳纳米管复合层11能够断开。所述力F、F’的施加方向可平行于所述碳纳米管复合层11的表面，将所述碳纳米管复合层11断开；也可为一沿相反方向扭转的力，将所述碳纳米管复合层11断开。所述两个作用力F、F’施加于碳纳米管复合层11相对的两个边缘，可将碳纳米管复合层11分割为两个场发射体10。所述两个场发射体10的面积可基本相同，也可不同，并且所述两个场发射体10的面积之和基本等于所述碳纳米管复合层11的面积。本实施例中，通过两个夹钳分别夹持所述碳纳米管复合层11的两个边缘，然后沿相互远离的方向对拉的方式向所述碳纳米管复合层11施加作用力F、F’，且所述作用力F、F’的方向平行于所述碳纳米管复合层11的表面。

可以理解，也可将所述碳纳米管复合层11的一端固定，而对所述碳纳米管复合层11相对自由的一端施加作用力F，从而向所述碳纳米管复合层11施加相对的作用力F、F’。

在步骤S122中，在持续施加作用力F、F’的过程中，所述碳纳米管复合层11从所述碳纳米管复合层11中间断开，形成多个电子发射体115，从而形成两个场发射体10。具体的，所述碳纳米管层110断开形成一第一子碳纳米管层114及一第二子碳纳米管层116，所述第一子碳纳米管层114与所述第二子碳纳米管层116的面积之和，等于断开之前所述碳纳米管层110的面积。所述碳纳米管复合层11的断开位置主要取决于所述碳纳米管复合层11的几何形状及作用力F、F’的施加位置。本实施例中，所述碳纳米复合层11的形状为圆形，所述碳纳米管复合层11基本沿一直径断开，形成两个场发射体10。

在所述碳纳米管复合层11断开的过程中，断开位置处的碳纳米管层110在施加的作用力F、及碳纳米管层110与第一金属层120、第二金属层130之间相互作用力的影响下，部分碳纳米管层110中的碳纳米管与相邻的碳纳米管错开，从所述断开位置处的碳纳米管层110中延伸出来，形成多个电子发射端115。进一步，由于所述碳纳米管层110具有良好的延展性，因此在断开的过程中，部分的碳纳米管层110也可从所述第一金属层120与第二金属层130之间暴露出来。进一步，作为电子发射端115的碳纳米管，一端牢固的固定于所述第一金属层120与第二金属层130之间；另一端向远离第一金属层120及第二金属层130的方向延伸以发射电子。所述多个电子发射端115沿所述断开位置间隔排布，并且通过所述第一金属层120与第二金属层130牢固固定。

进一步，请一并参阅图6，在断开所述碳纳米管复合层11之前，所述场发射体10的制备方法还可包括如下步骤：

步骤S12’,将多个碳纳米管复合层11层叠设置；

步骤S13’,向所述多个碳纳米管复合层11施加作用力F，使所述多个碳纳米管复合层11断开，形成多个场发射体10。

在步骤S12’中，所述多个碳纳米管复合层11的层数不限，可以根据需要进行选择，进一步，为更有效地断开所述多个碳纳米管复合层11，所述碳纳米管层11具有相同的几何形状，且重叠设置。

在步骤S13’中，所述作用力F的大小可根据所述碳纳米管复合层11的层数进行选择，以能够断开所述多个碳纳米管复合层11。可以理解，在断开之后，所述多个场发射体10可再分散开来作为单独的场发射单元，进一步，所述多个场发射体10也可保持层叠设置的状态，作为一个整体作为场发射单元，从而能够提高电子发射密度及功率。

本发明实施例提供的场发射体的制备方法具有以下优点：通过电镀的方式在所述碳纳米管层的表面形成第一金属层及第二金属层，能够使所述第一金属层及第二金属层牢固的键合于所述碳纳米管层的表面，从而避免在后续应用中碳纳米管的漂移或脱落；进一步，通过在所述碳纳米管层的两个表面电镀第一金属层及第二金属层，使得所述第一金属层与第二金属层能够贯穿所述碳纳米管层而牢固的结合在一起，并将碳纳米管层夹持于二者之间，进一步避免了所述碳纳米管从所述第一金属层及第二金属层中漂移或脱落，能够适用于电子发射功率较大的场发射装置。

请一并参阅图7，本发明第二实施例提供一种场发射体10的制备方法，包括如下步骤：

步骤S20，提供一第一金属层120；

步骤S21，提供一碳纳米管层110，所述碳纳米管层110包括相对的第一表面111及第二表面113，将所述碳纳米管层110的第一表面111贴附于所述第一金属层120的表面；

步骤S22，在所述碳纳米管层110的第二表面113电镀一第二金属层130，形成一碳纳米管复合层11；及

步骤S23，断开所述碳纳米管复合层11，使所述碳纳米管层110断开，形成多个电子发射端115。

本发明第二实施例提供的场发射体10的制备方法与第一实施例基本相同，其不同在于，现将所述碳纳米管层110的第一表面111与所述第一金属层120贴附，然后再在第二表面113沉积第二金属层130。

在步骤S21中，所述第一金属层120与所述碳纳米管层110紧密结合，所述第一金属层120起到支撑所述碳纳米管层110的作用，所述第一金属层120的厚度可根据需要进行选择，以支撑所述碳纳米管层10。本实施例中，所述第一金属层120可为10微米，从而使得所述场发射体10具有一定的机械强度。

在步骤S22中，所述第二金属层130的沉积的过程中，对应空隙112位置处的第二金属层130将贯穿所述碳纳米管层110的空隙112，并与所述第一金属层120融合在一起，使所述碳纳米管层110牢固的固定与所述第一金属层120与第二金属层130之间。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (17)

1.一种场发射体的制备方法，包括：

提供一碳纳米管层，所述碳纳米管层具有相对的第一表面及第二表面，该碳纳米管层包括多个碳纳米管，至少部分碳纳米管间隔设置形成多个微孔；

在所述碳纳米管层的第一表面和第二表面分别电镀形成一第一金属层和一第二金属层，形成一碳纳米管复合层；及

向所述碳纳米管复合层施加一相对的机械作用力，断开所述碳纳米管复合层，使所述碳纳米管层沿平行于其表面的方向断开为第一子碳纳米管层及第二子碳纳米管层，在断开处形成多个电子发射端。

2.如权利要求1所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层为一自支撑结构，由多个碳纳米管组成，所述多个微孔沿所述碳纳米管层的厚度方向贯穿所述碳纳米管层。

3.如权利要求2所述的场发射体的制备方法，其特征在于，在电镀第二金属层的过程中，对应于微孔位置处的所述第一金属层及第二金属层相互融合形成一体结构。

4.如权利要求2所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述第一金属层及第二金属层的电镀过程包括如下步骤：

提供一含有金属离子的溶液；

将所述碳纳米管层浸入所述溶液中，并与溶液中的一电极片平行且间隔设置，所述碳纳米管层的第一表面及第二表面暴露于所述金属离子溶液中；

在所述碳纳米管层与所述电极片之间形成一电势差，使金属离子还原金属并电镀在所述碳纳米管层的第一表面及第二表面，形成所述第一金属层及第二金属层。

5.如权利要求4所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述第一金属层在所述碳纳米管层的第一表面形成一连续的结构，所述第二金属层在所述碳纳米管层的第二表面形成一连续的结构。

6.如权利要求2所述的场发射体的制备方法，其特征在于，在电镀的过程中溶液金属离子还原为金属并电镀在所述微孔位置处的碳纳米管表面，使微孔位置处的所述第一金属层及第二金属层相互融合形成一体结构。

7.如权利要求1所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层为一自支撑结构，包括多层层叠且交叉设置的碳纳米管膜，所述多层碳纳米管膜之间通过范德华力结合，每一碳纳米管膜包括多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，且该α大于0度且小于等于90度。

8.如权利要求1所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述机械作用力的施加方向平行于所述碳纳米管复合层的表面。

9.如权利要求1所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述机械作用力为沿相反方向扭转的作用力。

10.如权利要求1所述的场发射体的制备方法，其特征在于，断开位置处的碳纳米管层中的碳纳米管从所述第一金属层与第二金属层之间延伸出来作为电子发射端。

11.如权利要求10所述的场发射体的制备方法，其特征在于，断开位置处的碳纳米管在作用力F，F’的作用下与相邻的碳纳米管错开，从所述碳纳米管层中暴露出来。

12.如权利要求10所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述延伸出来的碳纳米管的一端固定于所述第一金属层与第二金属层之间，另一端从所述第一金属层与第二金属层之间延伸出来。

13.如权利要求10所述的场发射体的制备方法，其特征在于，沿平行于所述碳纳米管复合层的表面的方向施加所述作用力F、F’。

14.如权利要求1所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述第一子碳纳米管层与所述第二子碳纳米管层的面积之和等于所述碳纳米管层的面积。

15.如权利要求1所述的场发射体的制备方法，其特征在于，在断开所述碳纳米管复合层之前进一步包括一将多层碳纳米管复合层层叠设置的步骤。

16.一种场发射体的制备方法，包括：

提供一第一金属层；

提供一碳纳米管层，所述碳纳米管层包括相对的第一表面及第二表面，将所述碳纳米管层的第一表面贴附于所述第一金属层的表面；

在所述碳纳米管层的第二表面电镀一第二金属层，形成一碳纳米管复合层；及

断开所述碳纳米管复合层，使断开位置处的碳纳米管层中的碳纳米管暴露出来，形成多个电子发射端。

17.如权利要求16所述的场发射体的制备方法，其特征在于，所述第二金属层的沉积的过程中，对应空隙位置处的第二金属层贯穿所述碳纳米管层的空隙，并与所述第一金属层融合在一起。